تعادل تشعشعی جو
تعادل تابش تغییر و رفتار انرژی تابشی خورشید را در هنگام تعامل با جو و سطح زیرین، تابش خود جو و سطح زیرین در نظر می گیرد.
تعادل تشعشعی سطح زیرین (در مرز پایین جو)، جو و سیستم زمین-اتمسفر (در مرز بالایی جو) مشخصه نهایی همه فرآیندهای تابشی است. یعنی فرآیندهای مرتبط با ورود، خروج و برهمکنش تابش نوری با اجزای مختلف جو و زمین.
برای تعادل تابشی سطح زیرین R n معادله شکل دارد
شارها (یا مجموع در یک دوره زمانی) تابش مستقیم و پراکنده ورودی کجا و هستند. E 3 و E a - جریان (یا مقادیر) ضد تابش سطح زمین و جو. % albedo از سطح زیرین.
نقش اجزای مختلف از شکل قابل مشاهده است که نتایج مشاهدات در یک منطقه بیابانی نزدیک تاشکند (42 درجه شمالی، سپتامبر) را ارائه می دهد.
تغییرات روزانه اجزای تعادل تشعشع سطح زیرین: 1 - تابش مستقیم. 2 - تعادل تشعشع 3- تشعشع پراکنده 4 - تابش منعکس شده 5- تشعشع از سطح زیرین.
تعادل Rn مثبت در طول روز و تراز منفی در شب برای تمام نقاط جهان در تابستان معمول است. در زمستان در شمال و تا حدی در عرض های جغرافیایی معتدل، این تعادل تشعشع در تمام ساعات شبانه روز منفی می ماند. این منطقه شامل عرض های جغرافیایی است که در آن خورشید در ظهر از 11 درجه بالاتر نمی رود. آن ها در دسامبر، مرز منطقه در 56 درجه، در ژانویه - 58 درجه، در فوریه - 66 ○ عرض جغرافیایی شمالی قرار دارد.
چرخه سالانه با یک وابستگی عرضی مشخص به دلیل ارتفاع زیاد خورشید مشخص می شود. در منطقه از 40 درجه شمالی. تا 40 درجه جنوبی مقادیر ماهانه تراز تشعشع در خشکی و دریا همیشه با حداکثر در ماه جولای مثبت است. در عرض های جغرافیایی بالاتر و در زمستان، تعادل تشعشع با حداقل در دسامبر منفی می شود. بر اساس محاسبات M.I. بودیکو (1956)، متوسط
مقدار سالانه تعادل تابش سطح زمین به طور کلی مثبت و برابر با 68 کیلو کالری بر سانتی متر مربع در سال (90 وات بر متر مربع) است.
ابری نه تنها جزء ورودی تعادل تشعشع (تابش مستقیم و پراکنده)، بلکه مؤلفه خروجی (تابش سطح زیرین و تابش بازتابی) را نیز تغییر می‌دهد. در نتیجه افزایش ابر منجر به کاهش مقادیر مثبت در طول روز و کاهش مقادیر منفی در شب می شود.
افزایش ابری از 3 به 8 نقطه، مقدار را 20٪ کاهش می دهد.
افزایش آلبدو از 10 به 80 درصد (برف) مقدار را سه برابر کاهش می دهد.
برای تعادل تشعشعی جو، معادله با معادله قبلی (برای ) متفاوت است و به شکل
جریان های ضد تشعشع سطح زمین و جو
اکنون بخش اعتباری ترازنامه را تشکیل می دهند. کمیت بخشی از تابش مستقیم و پراکنده جذب شده توسط جو (ورودی) است. مقدار نشان دهنده تابش جو و سطح زیرین است که به فضای بیرونی می گریزد. بخش مخارج تراز تشعشع اتمسفر را تشکیل می دهد. همه اجزا را نمی توان به طور مستقیم اندازه گیری کرد. بنابراین، مقدار با محاسبه به دست می آید.
توازن تشعشعی سیستم زمین-اتمسفر با مجموع تعیین می شود
.
مقدار برای مناطق جداگانه می تواند مثبت یا منفی باشد، اما برای کل کره زمین نزدیک به صفر است. این با این واقعیت توضیح داده می شود که رژیم حرارتی جهان به طور کلی وضعیتی نزدیک به ثابت را حفظ می کند.
در نتیجه، تراز متوسط سالانه مثبت سطح زیرین = 90 وات بر متر مربع با تراز متوسط سالانه منفی با همان مقدار متعادل می شود.
نموداری از توزیع متوسط سالانه شار تابش خورشیدی ورودی و سهم شارهای جذب شده، پراکنده، منعکس شده و خروجی تابش موج کوتاه در شکل بر اساس محاسبات اشنایدر و دنیست (1975) ارائه شده است.
میانگین توزیع سالانه جریان 100 واحد معمولی در نظر گرفته شده است.
از توزیع جریان ارائه شده به شرح زیر است:
1. 41 واحد تابش مستقیم از جو عبور کرد و 39 واحد پراکنده شد (در مرز استراتوسفر-تروپوسفر).
2. 17 واحد تابش مستقیم خورشید توسط مولکول ها و آئروسل پراکنده شد، 22 واحد توسط هیدروسفر جذب شد و 2 واحد منعکس شد (بالا رفت). مجموع 41 واحد;
3. 39 واحد پراکنده به این ترتیب تقسیم شدند: 19 واحد توسط ابرها به سمت بالا پراکنده شدند، 5 واحد توسط ابرها جذب شدند، از 15 واحد باقی مانده، 14.5 واحد در هیدروسفر جذب شدند، 0.5 واحد منعکس شدند و به سمت بالا رفتند.
4. از 17 واحد پراکنده شده توسط مولکول ها و آئروسل، 6 واحد در اثر پراکندگی معکوس توسط آئروسل بالا رفت، 10.5 واحد جذب هیدروسفر و 0.5 واحد منعکس شد (این 0.5 واحد و 15 واحد قبلی برابر با 1 واحد تابش منعکس شده است. ) ؛
5. در مجموع 19+6+1+2=28 واحد از سیستم خارج شد.
6. بنابراین: 47 واحد جذب آب، 5 واحد توسط ابرها، 3 واحد جذب ازن در استراتوسفر، 17 واحد توسط آب و گرد و غبار در تروپوسفر جذب شد، در مجموع 72 واحد.
7. این 72 واحد دقیقاً همان چیزی است که در تشعشعات خروجی وجود ندارد، 28 واحد وجود دارد.
اگر اکنون در این نمودار جریان تابش امواج بلند خروجی (72 واحد متعارف گمشده) را در نظر بگیریم، نموداری از تعادل تابش جهانی زمین به عنوان یک سیاره به دست خواهیم آورد.
همانطور که از نمودار مشاهده می شود، متوسط شار سالانه تابش موج کوتاه خروجی فراتر از اتمسفر عمدتاً از تابش منعکس شده توسط ابرها (19 واحد) تشکیل شده است. و تا حدی کمتر، شارها توسط آئروسل اتمسفر (6 واحد) به عقب پراکنده می شوند و توسط سطح زیرین (3 واحد) منعکس می شوند.
توزیع منطقه ای تعادل تشعشعی زمین در حال حاضر با دقت رضایت بخشی با استفاده از ماهواره های مصنوعی زمین اندازه گیری می شود. از این داده ها به دست می آید که با مقادیر میانگین سالانه مثبت در منطقه استوایی بر روی اقیانوس ها، آنها به طور سیستماتیک بالاتر از روی زمین هستند.
ویژگی‌های منطقه‌ای تعادل تشعشعی سطح زمین، جو و زمین به طور کلی شامل تنوع مکانی و زمانی بالای آنها است که ناشی از تغییرات قابل‌توجه در اجزا است. بنابراین، نظارت منطقه ای دومی برای تفسیر تغییرات آب و هوایی در مناطق جداگانه و در کل سیاره بسیار مهم است.
